Astrónomos captaron un llamativo choque de dos estrellas con grandes destellos de rayos gamma

El Universo es tan vasto e increíble, que no solo con telescopios espaciales se pueden retratar sus maravillas y los grandes sucesos que ocurren. Un ejemplo de esto fue el increíble choque de dos estrellas retratadas en una colisión épica.

La imágenes fueron tomadas por científicos en el poderoso telescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Por primera vez un equipo de investigación detectó luz en longitudes de onda milimétricas proveniente de una fuerte explosión causada por la fusión de una estrella de neutrones con otra estrella.

El equipo confirmó que se trata del destello de rayos gamma más energético y de menor duración jamás observado, que además deja tras de sí una de las luminiscencias residuales más luminosas de las que se tiene registro. Los resultados de esta investigación se publican en la revista The Astrophysical Journal Letters. Los datos pueden ayudar a los científicos a aprender más sobre estos eventos extremos y el efecto que tienen en el espacio que los rodea.

“Este breve estallido de rayos gamma fue la primera vez que intentamos observar un evento de este tipo con ALMA”, dijo el físico Wen-fai Fong de la Universidad Northwestern. “Es muy difícil encontrar resplandores posteriores para explosiones cortas, por lo que fue espectacular capturar este evento brillando tan intensamente. Después de muchos años de observar estas explosiones, este sorprendente descubrimiento abre una nueva área de estudio, ya que nos motiva a observar muchas más de estos con ALMA y otros conjuntos de telescopios en el futuro”, agregó.

Los estallidos de radiación gamma son las explosiones más poderosas conocidas en el Universo. En solo 10 segundos, un estallido de rayos gamma puede emitir más energía que la que emite una estrella como el Sol en 10 mil millones de años.

La estrella GRB 211106A captada pertenece a una subclase de destellos conocidos como destellos de rayos gamma de corta duración. Estas explosiones, a los que la comunidad científica atribuye la creación de los elementos más pesados del Universo como el platino y el oro, son el resultado de una fusión violenta entre sistemas estelares binarios que contienen una estrella de neutrones. “Estas fusiones ocurren por efecto de la radiación de ondas gravitacionales que despojan la órbita de las estrellas binarias de su energía. De esa forma, las estrellas se acercan una a la otra y terminan chocando. A su vez, la explosión resultante emite chorros a velocidades cercanas a la de la luz. Cuando uno de esos chorros se emite en dirección de la Tierra, observamos una corta pulsación de radiación de rayos gamma”, explica Tanmoy Laskar, profesor asistente de física y astronomía en la Universidad de Utah.

Estos destellos suelen durar unas décimas de segundo. El equipo científico luego buscó indicios de luminiscencia residual, un fenómeno causado por la interacción de los chorros con el gas circundante. Los destellos de rayos gamma de corta duración son difíciles de detectar, y a la fecha solo se han observado media docena de ellos en longitudes de onda de radio, y no se había detectado ninguno en longitudes de onda milimétricas. Laskar, quien dirigió la investigación mientras cursaba una beca Excellence Fellow de la Universidad Radboud en Países Bajos, explica que la dificultad estriba en la gran distancia que nos separa de los destellos de rayos gamma y la capacidad tecnológica de los telescopios. “Aunque la luminiscencia residual de los destellos de rayos gamma de corta duración es muy brillante y energética, estos destellos se producen en galaxias muy distantes, con lo cual la luz que emiten puede ser bastante tenue para nuestros telescopios terrestres. Antes de ALMA, los telescopios milimétricos no eran lo suficientemente sensibles para detectar la luminiscencia residual”.

El destello de rayos gamma 211106A, detectado a cerca de 20.000 millones de años luz de la Tierra, supone el mismo desafío. La luz que emitió es tan tenue que, si bien el observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA había detectado la explosión en rayos X, la galaxia anfitriona era imposible de detectar en esa longitud de onda, y la comunidad científica no logró determinar exactamente de dónde provenía la explosión. “La luminiscencia residual es fundamental para determinar de qué galaxia proviene un destello y para entender mejor el fenómeno en sí. En un principio, cuando solo se habían realizado las observaciones en rayos X, la comunidad científica creyó que este destello podía provenir de una galaxia cercana”, señala Tanmoy Laskar, quien agrega que la gran cantidad de polvo presente en el área también dificultó la detección del objeto en las observaciones ópticas realizadas con el telescopio espacial Hubble.

“Estas explosiones tienen lugar en galaxias distantes, lo que significa que su luz puede ser bastante débil para nuestros telescopios en la Tierra”, explicó Laskar “Antes de ALMA, los telescopios milimétricos no eran lo suficientemente sensibles para detectar estos resplandores”, agregó.

Debido a que este evento en particular, llamado GRB 211106A, estaba tan lejos, no fue detectable por los instrumentos actuales de astronomía de ondas gravitacionales. “La sensibilidad sin igual de ALMA nos permitió señalar la ubicación del GRB en ese campo con más precisión, y resultó estar en otra galaxia débil, que está más lejos. Eso, a su vez, significa que este estallido de rayos gamma de corta duración es incluso más poderoso de lo que pensábamos al principio, lo que lo convierte en uno de los más luminosos y enérgicos registrados”, puntualizó Laskar.

Cuando las estrellas de neutrones chocan, el resultado es espectacular: una explosión acompañada de chorros de material que brotan hacia el exterior a un porcentaje significativo de la velocidad de la luz. Si tenemos suerte, esos chorros están orientados de tal manera que uno se dirige más o menos hacia nosotros, de modo que vemos la erupción como un estallido de rayos gamma.

Las observaciones de longitud de onda milimétrica permitieron a los investigadores medir algunas propiedades clave de GRB 211106A; a saber, el ángulo de apertura del chorro, que se puede utilizar para inferir las tasas de SGRB en el Universo, y una medición más precisa de la energía del GRB. “Las longitudes de onda milimétricas pueden informarnos sobre la densidad del entorno alrededor del GRB”, dijo la astrónoma Genevieve Schroeder de la Universidad Northwestern.

“Y, cuando se combinan con los rayos X, pueden informarnos sobre la verdadera energía de la explosión. Debido a que la emisión en longitudes de onda milimétricas se puede detectar durante más tiempo que en los rayos X, la emisión milimétrica también se puede usar para determinar el ancho del chorro GRB”.

Los investigadores encontraron que GRB 211106A tiene algunas propiedades inusuales, tanto en su galaxia anfitriona como en su perfil energético. En última instancia, esto sugiere que existe una mayor diversidad en las propiedades de los SGRB de lo que se considera actualmente, lo que significa que se justifica la observación y clasificación continuas de estos eventos. Entonces, si bien esta puede ser la primera incursión milimétrica en estas increíbles explosiones, es muy poco probable que sea la última.

“ALMA rompe el campo de juego en términos de sus capacidades en longitudes de onda milimétricas y nos ha permitido ver el Universo tenue y dinámico en este tipo de luz por primera vez. Después de una década de observar GRB cortos, es realmente sorprendente presenciar el poder del uso de estas nuevas tecnologías para desenvolver regalos sorpresa del Universo “, concluyó Fong.

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